調壓閥在南山水電站的應用

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1、工程概況

　　南山水電站位于泰順縣羅陽鎮(zhèn)境內的仙居溪支流南山溪上，電站距泰順縣城約12km.整個工程由水庫、發(fā)電引水隧洞、壓力明管、電站廠房等建筑物組成，設計水頭為177.58m，裝機容量為2×2500kW，水輪機型號為HLA542—WJ—80，發(fā)電機型號為SFW2500—6／1430，工程以發(fā)電為單一任務。

　　電站發(fā)電輸水隧洞沿南山溪大崗頭山脊布置，總長約1.96km，壓力明管長270m，由于受地形條件限制，設計中采用不設調壓室方案。

　　2、設置調壓閥的原因

　　由于南山電站工作水頭較高，在不設置調壓室的情況下，電站在運行中可能會遇到由于各種事故，引起機組突然與系統(tǒng)解列，發(fā)生甩負荷的情況。在甩負荷時，由于導葉迅速關閉，水輪機的流量急劇變化，水輪機壓力引水系統(tǒng)中會產生水擊，此時產生的最大水擊壓力上升對壓力引水系統(tǒng)的強度影響特別強烈，嚴重的會破壞引水系統(tǒng)，引發(fā)事故，因此必須選擇其他方式來限制水擊壓力升高。

　　通常限制水擊壓力升高的方法主要有設置調壓室、裝設調壓閥、改變導葉關閉規(guī)律（采用導葉二段關閉）等。導葉二段關閉法在低水頭電站應用較多。而對于高水頭電站，多采用設置調壓室來調節(jié)水擊壓力，但調壓室建造投資大、工期長，特別容易受地質、地形等條件限制，故對興建調壓室有困難的，且導葉關閉時間Tw≤12s的中小型電站可考慮以調壓閥代替調壓室。調壓閥的作用在于：在機組甩負荷導葉快速關閉的同時相應地打開泄流，從而降低水錘壓力的上升，待導葉全關后，再緩慢關閉，使引水系統(tǒng)的流量緩慢變化，防止引水系統(tǒng)水壓升高及機組飛車。

　　3、調壓閥選擇及應用

　　3.1調壓閥的選擇

　　南山電站導葉關閉時間的設計值T為8s，符合上面提到導葉關閉時間Tw≤12s的要求，且無調壓室，經多方計算和比較選擇確定，南山電站調壓設施采用調壓閥作為調壓方式，調壓閥選擇TFW250A／ZD型號。

　　3.2調壓閥在應用過程中的問題及處理方法

　　TFW250A／ZD型調壓閥采用全油壓控制，原設計中有1個節(jié)流孔用于整定調壓閥的關閉時間。由于調壓閥是后來增加的項目，調速器廠家和調壓閥廠家未能及時溝通，造成節(jié)流孔實際并不存在，調壓閥關閉時間不能調整，且調壓閥全行程不能達到廠家65mm的要求，實際調壓閥的行程只有45mm.對于調速器和調壓閥的開啟關閉時間，設計調保計算的要求為：無水狀態(tài)下調速器快關（100％～0）和調壓閥快開時間（0～100％）為8.5s，調壓閥慢關時間（100％～0）為19s；2臺機組聯(lián)甩額定負荷時壓力上升率控制在20％以下，轉速上升率控制在55％以下。按設計要求，這2臺調壓閥開啟時間和開度都達不到設計要求，實測快開啟時間為6s，開度為45mm.經分析，系兩者的油缸大小不匹配，調壓閥的排油不能全部進入調速器的油缸，致使調壓閥排油不盡，從而影響開度。此時如果要求廠家重新制作更換調壓閥將會嚴重拖延發(fā)電時間，造成巨大經濟損失，所以只能先從技術上在考慮是否可以通過更改調速器主接力器時間來滿足與調壓閥的協(xié)聯(lián)。

　　針對以上情況，技術人員重新進行調節(jié)保證計算復核調整，并對調速器和調壓閥的開啟、關閉時間進行整定，整定后的參數(shù)為：調速器快關時間為8.30s～8.38s，調壓閥慢關時間為24.50s～46.50s.廠家技術人員按這要求對時間參數(shù)重新設置后，再次測得臺機組主接力器關閉時間和調壓閥0～45mm的啟、閉時間（見表1），從2臺機組的主接力器與調壓閥接力器靜態(tài)協(xié)聯(lián)關系曲線（見圖1、圖2）可以看出調速器和調壓閥協(xié)聯(lián)較好，能夠滿足要求。

　　4、對調壓閥進行聯(lián)機測試

　　在調速器和調壓閥協(xié)聯(lián)滿足協(xié)聯(lián)要求后，接下來就要進行調壓閥實際使用性能測試，測試方法主要是2臺機進行甩負荷試驗，看調壓閥是否能正常工作，且各項數(shù)據(jù)能否滿足設計要求。

　　測試過程，機組甩負荷試驗時機組蝸殼壓力表處靜水壓讀數(shù)為1.908MPa（194.7m水柱）。1號機單機帶額定負荷時導葉開度為62.0％，甩負荷過程中蝸殼壓力最大值為2.089MPa，上升率為9.49％，機組最高頻率為73.16Hz，上升率為46.32％；2號機單機帶額定負荷時導葉開度為61.6％，甩負荷過程中蝸殼壓力最大值為2.124MPa，上升率為11.32％，機組最高頻率為72.06Hz，上升率為44.12％。從記錄結果看，壓力上升率都在控制要求的20％以下，轉速上升率也控制在55％以下，都滿足設計要求。

　　當1號機甩負荷試驗開始，機組導葉快速關閉的同時，調壓閥迅速打開，經過6.3s左右導葉全關，此時調壓閥的開度為57％，行程為45×57％=25.65mm，隨后調壓閥緩慢關閉，經過12.7s全關。蝸殼壓力最大值出現(xiàn)在3.8s的時候，而機組轉速幾乎同時也達到最大值。2號機甩負荷過程曲線與1號機相似。

　　2臺機聯(lián)甩100％額定負荷時（機組電氣過速保護動作，其整定值為150％額定轉速）機組最高轉速77.504Hz，上升率55.01％；蝸殼最高水壓2.292MPa，上升率20.13％；甩負荷試驗結果基本符合設計調保計算要求。如果調壓閥全開的行程能達到65mm，通過調壓閥泄掉的流量會更大，蝸殼水壓的上升將會更好地得到控制。

　　5、結論

　　通過調整后，南山電站調壓閥能夠進行有效的調節(jié)事故狀態(tài)下的水擊壓力，運行情況良好。比較調壓閥和設置調壓室使用效果，雖然調壓效果不如調壓室理想，但并不影響工程性能，相對調壓室的建設來說，調壓閥價格僅為調壓井造價的1／10，取消龐大的調壓井建設，不僅節(jié)約三材，還縮短了工期，相信在今后的高水頭中小水電站中應該會得到逐步推廣使用。